沥青混合料自愈合特性四点弯曲疲劳试验研究

通过应变控制四点弯曲疲劳试验,变化加载频率分析沥青混合料的即时自愈合,变化愈合温度、时间、荷载和损伤程度分析沥青混合料的后期自愈合.结果表明:沥青混合料的即时自愈合伴随加载产生,愈合效果为SBS-AC13>TB-AC13>基质-AC13;愈合温度、时间、荷载对沥青混合料的后期愈合具有正面作用,而损伤程度具有负面作用;橡胶沥青混合料疲劳寿命对自愈合条件的依赖性小于SBS沥青混合料,对沥青用量变化敏感性低于SBS沥青混合料;橡胶沥青混合料的劲度模量恢复率大于疲劳寿命恢复率,且疲劳寿命恢复率的离散性较大,劲度模量恢复率的离散性较小.

SBS/纳米二氧化硅复合改性沥青及其混合料疲劳性能研究

采用线性振幅扫描试验(LAS)和四点弯曲疲劳试验分别对SBS改性沥青、N-SiO_(2)改性沥青、SBS/N-SiO_(2)复合改性沥青及其混合料的疲劳寿命进行研究,并建立了相对应的疲劳方程。此外,还建立了沥青与沥青混合料疲劳性能的相关方程。结果表明,添加SBS/N-SiO_(2)复合材料可显著提高沥青及其混合料的疲劳寿命,且6%N-SiO_(2)+5%SBS为最佳改性组合;沥青与沥青混合料的疲劳寿命之间存在良好的线性关系。

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能及机理分析

乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳开裂性能会影响沥青路面结构层整体服役寿命。为了评价不同增强方式下乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳性能,以普通乳化沥青、外掺玄武岩纤维和SBR改性乳化沥青这3种冷再生混合料为研究对象,开展了乳化沥青冷再生混合料中梁试件的四点弯曲疲劳试验,建立了3种乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳方程,揭示了疲劳过程中动态弯拉模量和累积耗散能的演化规律。采用扫描电镜试验获取了乳化沥青冷再生混合料疲劳破坏界面的微观形貌。试验结果表明:动态弯拉模量衰减至初始模量的70%~80%即可能发生断裂。动态弯曲劲度模量比κ越小、累积耗散能越大,疲劳性能越好。SBR改性乳化沥青和外掺玄武岩纤维均可以改善乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能。SEM试验揭示了乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能增强机理。研究成果可为乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能提升及其耐久性设计提供参考。

基于损伤理论的沥青混合料抗疲劳性能试验

为系统研究沥青混合料在疲劳破坏过程中的路用性能衰减过程,在不同温度、应变、频率下开展了四点弯曲疲劳试验,基于损伤理论从劲度模量变化情况和耗散能变化情况两方面评价了沥青混合料抗疲劳性能,并通过损伤面积法、灰关联分析法讨论了试验因素对沥青混合料抗疲劳性能的影响程度。研究结果表明:沥青混合料的抗疲劳性能可以采用基于耗散能的损伤因子随加载次数的变化的双对数曲线进行描述,疲劳寿命应由初始损伤和损伤累积速率共同决定;从劲度模量方面分析,沥青混合料疲劳寿命随温度的升高而增大、随应变的增大而减小、随频率的增大而减小;劲度模量和耗散能两方面的分析结果均表明温度对疲劳寿命的影响程度大于应变,劲度模量分析显示频率对疲劳寿命影响最次,耗散能分析结果显示频率与疲劳寿命的相关性不显著。

基于红外光谱的沥青混合料抗疲劳性能快速评估

为了探究红外光谱技术在沥青混合料抗疲劳性能测试方面的应用,采用70#沥青、90#沥青和SBS改性沥青,以及辉绿岩和石灰岩,制备6种沥青混合料。通过四点小梁疲劳试验仪获取试件的无损及疲劳损伤数据,通过计算分析,结合能量平衡方程与帕里斯公式,得到可用于表征沥青混合料抗疲劳性能的参数,并建立红外光谱峰面积与抗疲劳性能参数之间的关系。结果表明,在1540 cm^(-1)与1600 cm^(-1)位置特征峰在不同沥青之间具有差异,该区域特征峰面积与沥青混合料抗疲劳性能有较强相关性,通过获取该区域的红外光谱特征峰面积可以实现对沥青混合料抗疲劳性能的快速预测。

热拌及温拌再生沥青混合料疲劳特性研究

为了在路面养护工程中更好地利用再生沥青混合料,设计了RAP掺量均为80%的热拌及温拌再生沥青混合料,对其进行四点弯曲疲劳试验,采用耗散能法分析普通再生剂和温拌再生剂对再生沥青混合料疲劳性能的影响,并与新拌沥青混合料进行对比。结果表明:1)温拌再生沥青混合料的疲劳性能虽不及新拌沥青混合料,但显著优于热拌再生沥青混合料;2) 3种沥青混合料达到疲劳破坏时的累积耗散能和疲劳寿命在双对数坐标系中均呈现出良好的线性关系,且此关系不受再生剂种类及是否掺加RAP的影响,由此可通过线性拟合得到用累积耗散能表示的疲劳方程。

冻融作用下自密实混凝土疲劳寿命可靠性分析

为了研究冻融损伤对自密实混凝土弯曲疲劳寿命的影响,对经受不同冻融循环后的混凝土试块进行了不同应力水平下的四点弯曲疲劳试验,并利用矩估计法获得了混凝土试块的弯曲疲劳寿命Weibull分布参数,建立了经受不同冻融循环后的混凝土试块在不同可靠性概率下的疲劳寿命预测模型。研究结果表明:受冻自密实混凝土的疲劳寿命概率分布可以用两参数Weibull分布表征,得出自密实混凝土疲劳寿命的离散性随冻融次数的增加而增大,随应力水平的增大而减小;根据试验数据生成了自密实混凝土的Pf⁃S⁃N曲线,可准确预测经受不同冻融循环后自密实混凝土的弯曲疲劳寿命;自密实混凝土的疲劳寿命所需的安全系数随冻融循环次数的增加而不断增大,这说明对经受冻融损伤较严重的自密实混凝土,其弯曲疲劳寿命必须采用较大的安全系数才能保证结构的安全运行。

厂拌热再生沥青混合料疲劳失效判据分析

鉴于目前国内外学者对沥青混合料疲劳失效判据尚未达成共识,文章分别采用劲度模量、归一化劲度模量次数积、耗散能相对变化率表征环氧再生和常规再生沥青混合料在四点弯曲疲劳试验过程中的损伤演变程度,结合控制应变模式下的四点弯曲疲劳试验分析了三种疲劳失效判据。结果表明:当再生料劲度模量达到初始劲度模量的50%时,归一化劲度模量次数积和耗散能相对变化率疲劳损伤曲线均处于稳定产生疲劳损伤的阶段,此时再生料仍然具有抵抗循环荷载的残余强度。

热氧老化作用下温拌胶粉改性沥青混合料的疲劳性能

在不同热氧老化时长下,对四种胶粉改性沥青混合料进行四点弯曲疲劳试验,并采用劲度衰减速率D_(v)作为评价指标。分析结果表明:D_(v)能够较好地反映胶粉沥青混合料疲劳损伤速率的变化趋势。应变控制模式下,胶粉沥青混合料的疲劳损伤速率呈三阶段发展:第一阶段激增,第二阶段骤减,在第一、二阶段间存在速率峰值;第三阶段中,随着加载次数增加,D_(v)缓慢下降,且在双对数坐标下呈线性规律。随着老化时长增加,胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命随之下降,D_(v)明显升高。D_(v)曲线峰值在双对数坐标下与胶粉沥青混合料的疲劳寿命线性相关。由D_(v)曲线峰值分析可知,长期老化对胶粉改性沥青混合料疲劳性能的影响更为严重。SDYK型温拌剂的加入降低了老化前后胶粉改性沥青混合料的D_(v),提高了混合料的疲劳寿命。

沥青混合料疲劳自愈性能关键影响因素

为了研究不同沥青混合料疲劳自愈性能影响因素的显著水平,进行了有休息期和无休息期的沥青混合料室内四点弯曲疲劳试验.通过定义愈合指数,对不同因素条件下的沥青混合料疲劳试验结果进行灰关联分析,分别研究了沥青种类、沥青含量、空隙率、温度、休息期、损伤程度对沥青混合料疲劳自愈性能的影响程度.结果表明,基于愈合指数可得到即时的沥青混合料自愈合率,而无需等待疲劳试验结束.沥青种类对沥青混合料自愈合能力的影响最显著;休息期和损伤程度与沥青混合料的自愈合能力关联显著,其影响仅次于沥青种类;空隙率、温度、沥青用量则影响不显著.在工程实践中,可通过合理选择沥青种类、控制交通流量等方式提高沥青路面自愈合性能.

沥青混合料疲劳失效判据探讨及验证

鉴于目前对于沥青混合料的疲劳失效判据国内外未达成共识.在耗散能方法的基础上,采用耗散能相对变化率表征沥青混合料疲劳试验过程中的损伤演化程度,结合四点弯曲疲劳试验,提出采用基于可变步长的耗散能相对变化率的突变点作为疲劳失效判据,并给出了理论解释.最后在此失效判据下,验证了文中方法的可行性,并证明了所提出的疲劳性能预测模型独立于荷载控制模式.

温拌胶粉改性沥青混合料疲劳性能

为研究250μm(60目)胶粉、混合目胶粉及表面活性剂型温拌剂的掺入对沥青混合料疲劳性能的影响,进行了小梁四点弯曲疲劳试验,同时结合能耗理论对试验数据进行分析,得到耗散能相对变化率(RDEC),并以此作为评价标准对沥青混合料的疲劳损伤3阶段进行了验证.结果表明:不论是何种改性剂或是否掺入温拌剂,沥青混合料达到疲劳破坏时的累积耗散能Wf与疲劳寿命Nf在双对数坐标下均呈良好的线性关系,且此线性关系不受试验条件影响;文中4种沥青混合料均呈现出Wf随应变水平增加而减小的规律,且各沥青混合料随着应变水平的增加,其Nf之差、Wf之差不断减小;用2种胶粉改性剂制得的沥青混合料中,混合目胶粉改性沥青混合料的疲劳性能更优;同种沥青混合料掺入温拌剂后,其疲劳性能均得以提高;RDEC指标验证了现行规范中将50%初始劲度模量所对应的加载次数作为沥青混合料的疲劳寿命时,仅经历了疲劳破坏的前2个阶段,并未完全发挥出沥青混合料的路用性能.

沥青混合料疲劳自愈合特性研究

沥青混合料具有疲劳自愈特性。通过室内四点弯曲疲劳试验,采用"疲劳-愈合-再疲劳"的试验方式和单因素对比分析的方法,探究了养护时间、温度、集料级配及沥青胶结料种类对沥青混合料的自愈合特性的影响,并建立愈合指标函数。结果表明:沥青混合料自愈合效果呈时间依赖性,即随养护时间的增加,自愈合效果增强,且初期愈合速度较快;在一定温度范围内,随温度提高,沥青混合料自愈合效果增强;70#基质沥青混合料的短期自愈合能力优于SBS改性沥青混合料;PA-13型沥青混合料自愈合能力优于AC-13型沥青混合料。同时,从混合料组成特点及沥青微观结构等方面剖析了各因素影响机理。

不同疲劳试验中改性沥青混合料疲劳性能对比

使用四点弯曲疲劳试验(4PB)、两点梯形梁疲劳试验(2PB)和overlay tester(OT)试验3种试验方法,对工程上常用的7种沥青混合料疲劳性能进行了测试.结果表明:在3种疲劳试验中,掺加6%(质量分数,下同)SBS的改性沥青混合料疲劳性能均较好,同时掺加10%TB胶粉和3%SBS的改性沥青混合料、掺加4.5%SBS的改性沥青混合料和同时掺加4.5%SBS及0.4%多聚磷酸(PPA)的改性沥青混合料疲劳性能均一般,掺加3%SBS的改性沥青混合料疲劳性能较差,温拌剂改性沥青混合料和埃索基质沥青混合料的疲劳性能最差;提高SBS掺量可以有效地提高沥青混合料的疲劳性能;添加TB胶粉和PPA可以在不同程度上提高SBS改性沥青混合料的疲劳寿命,但其对疲劳性能的影响力逊于SBS;不同试验方法中沥青混合料疲劳性能的排序具有一致性,具体排序稍有不同.

基于耗散能方法评价硬质沥青混合料抗疲劳性能

为了评价硬质沥青混合料的抗疲劳性能,结合实体工程对硬质沥青混合料SAC25-30#和改性沥青混合料SAC16-SBS进行了室内四点弯曲疲劳对比试验.选用应变和应力2种控制模式,在不同温度下综合测试了2种沥青混合料的抗疲劳性能,采用累计耗散能指标(Wf)分析了其在不同温度下的能量变化趋势,发现不同材料的黏弹特性和刚度差异对其耗散能均有影响,进而引入累计耗散能-极限比指标(WfR),并对Wf进行了修正.结果表明:在应力控制模式下,硬质沥青混合料在20,5℃时均具有较好的抗疲劳性能,而在应变控制模式下,由于硬质沥青混合料延展性不足,其在不同温度下的抗疲劳性能均劣于改性沥青混合料;能量法可以统一不同控制模式,20℃时硬质沥青混合料的WfR随疲劳寿命增加的幅度明显小于改性沥青混合料,说明其抗疲劳性能更优,而在5℃时硬质沥青混合料的WfR曲线明显位于改性沥青混合料上方,说明随着温度的降低其疲劳性能有明显减弱趋势.WfR指标可为评价硬质沥青混合料抗疲劳性能提供一定的参考.

溶解性胶粉改性沥青混合料疲劳性能

应用四点弯曲疲劳试验机BFA(beam fatigue apparatus)对溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能进行研究,并在相同空隙率下对溶解性胶粉改性沥青密级配沥青混合料(AC13)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青密级配沥青混合料(SBS-AC13)完成了考虑自愈合影响的疲劳性能比较,进一步完成溶解性胶粉改性沥青与SBS复合改性沥青混合料AC13的疲劳性能和高温性能研究.结果显示:归一化劲度次数积疲劳寿命比50%初始模量降低疲劳寿命更适合用于评价溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命;总结溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能与应变、沥青用量和空隙率等三个因子的相关性,提出溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳方程;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,SBS-AC13的疲劳寿命均高于溶解性胶粉改性沥青AC13,但溶解性胶粉改性沥青AC13的自愈合能力高于SBS-AC13;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,溶解性胶粉复合SBS改性沥青AC13的疲劳寿命均达到SBS-AC13疲劳寿命的2倍,其自愈合能力高于SBSAC13,且高温性能亦远优于SBS-AC13.

高弹改性沥青混合料疲劳性能研究

以广州至清远高速公路水泥混凝土路面加铺沥青层工程为依托,对高弹改性应力吸收层进行沥青和沥青混合料两个方面的疲劳试验;采用G×sinδ疲劳因子和弹性恢复来评价高弹改性沥青的抗疲劳性能;采用冲击韧性试验和四点弯曲疲劳试验验证混合料的抗疲劳性能,发现二者之间具有良好的相关性;同时将高弹改性沥青的各项疲劳指标和70#基质沥青与SBS改性沥青进行比较,结果表明:高弹改性沥青具有出色的抗疲劳能力,可有效减少和延缓沥青加铺层反射裂缝的发生,延长路面的使用寿命。

掺加不同纤维对SMA疲劳性能的影响

根据对比,选用四点弯曲疲劳试验来评价木质纤维、聚丙烯腈及矿物纤维3种纤维对SMA疲劳性能的影响。四点弯曲疲劳试验结果表明,就初始劲度模量而言,在3种应变水平下掺加木质纤维SMA最大,而掺加矿物纤维SMA和掺加聚丙烯腈SMA则较小。就滞后角而言,3种掺加纤维SMA的粘弹性性能差别不大。疲劳寿命与应变水平表现出了较好的相关性,疲劳寿命曲线的走向大致相同。相同应力水平下,掺加聚丙烯腈SMA的疲劳寿命最长,掺加矿物纤维SMA次之,掺加木质纤维SMA较差。

石墨烯改性沥青混合料动态性能研究

以AC-20级配为基础制备石墨烯改性沥青混合料,以基质沥青混合料作为参照,通过四点弯曲疲劳试验、动态蠕变试验研究了掺入石墨烯对沥青混合料动态性能的影响。试验结果表明,掺入石墨烯能够有效改善沥青混合料的动态性能,在四点弯曲疲劳试验中,沥青混合料的疲劳寿命在各应变水平下分别提高了46%、25%、5%,沥青混合料的劲度模量在得到提高的同时还降低了劲度模量的衰减速率,累计耗散能与应变水平在双对数坐标下呈线性关系;在动态蠕变试验中,沥青混合料的总应变在35℃、45℃试验环境中分别降低了25%、29%,在60℃试验环境,1 900次荷载作用下总应变降低了20%;在各温度下,应变速率分别下降了32%、55%、88%。

冷拌冷铺乳化沥青混合料在不同应变组合下的疲劳性能研究

目的 研究在单级应变与双级应变组合的不同加载方式下冷拌冷铺乳化沥青混合料劲度模量及疲劳寿命的变化规律,为冷拌冷铺乳化沥青混合料的抗疲劳性能研究提供借鉴。方法 综合考虑车辆荷载的大小,选定A(200×10^(-6))、B(400×10^(-6))、C(600×10^(-6))三个应变水平,以单级应变为试验对照组,以A-B和C-A为双级应变组合,对冷拌冷铺乳化沥青混合料分别进行单级及双级应变下的四点弯曲疲劳试验,由此对比分析混合料疲劳寿命与劲度模量随应变量及应变组合不同而变化的规律。结果 在单级应变作用下,试件劲度模量先急剧下降,然后缓慢衰减,且应变越大劲度模量衰减越快;在应变水平由低到高的双级应变A-B组合作用下,由A应变转入B应变加载后,劲度模量瞬间增大了35%,之后先急剧降低再进入平缓阶段,且疲劳寿命在A、B单级应变加载之间;而在应变水平在由高到低的C-A加载组合中,由C应变转入A应变加载后,劲度模量瞬时衰减11%,之后先急剧降低再进入平缓阶段,且疲劳寿命要长于在应变中值水平B单级应变加载下的。结论 从低应变到高应变的加载过程中,恢复了试件的劲度模量,延缓了沥青混合料的破坏过程,进行A-B应变加载模式的试件疲劳寿命要多于由C-A应变的加载模式。